Dunkle Materie im Coma-Haufen. Dunkle Materie, dargestellt durch grüne Wolken über dem Coma-Haufen und entfernten Galaxien, gesehen vom Subaru-Teleskop (Bildnachweis: HyeongHan et al.)
Zum ersten Mal haben Astronomen dunkle Materie entdeckt, die an massiven Fäden hängt, die sich durch das Universum ziehen und ein „kosmisches Netz“ bilden, das Galaxien wie Morgentau auf einem Spinnennetz einfängt.
Forscher der Yonsei-Universität in Seoul, Südkorea, nutzten das Subaru-Teleskop – ein 8,2-Meter-Teleskop für optisches Infrarot in der Nähe des Maunakea-Gipfels auf Hawaii – und einen Effekt, den die Schwerkraft auf das Licht hat, um indirekt dunkle Materie zu beobachten, die an kosmischen Netzfäden im Coma-Haufen hängt.
Dies ist der allererste Nachweis dunkler Materie im kosmischen Netz und könnte dazu beitragen, zu bestätigen, wie diese Struktur – mit Strängen, die sich über Dutzende von Millionen Lichtjahren erstrecken – die Entwicklung des Universums beeinflusst hat.
Der Coma-Haufen, auch bekannt als Abell 1656, ist eine Ansammlung von über tausend Galaxien und befindet sich etwa 321 Millionen Lichtjahre von uns entfernt in Richtung des Sternbilds Coma Berenices. Aufgrund dieser enormen Größe und relativen Nähe ist der Coma-Haufen ein idealer Ort für Wissenschaftler, um dunkle Materie auf kosmischen Netzsträngen zu jagen.
Das kosmische Netz ist ein Netzwerk von Filamenten aus Materie, die Gas in Galaxien einspeisen und ihnen beim Wachstum helfen. Dieses Netz trägt auch dazu bei, dass sich Galaxien zusammenschließen und sich zu Haufen zusammenballen.
Die Hauptfäden des kosmischen Netzes sind die Wände der Galaxien-Superhaufen, wobei die Wand, die dem Coma-Haufen entspricht, als „große Wand“ bezeichnet wird. Die große Wand war tatsächlich die erste supergroße Struktur im Universum, die entdeckt wurde.
Es wird angenommen, dass sich Galaxienhaufen an Punkten versammeln, an denen sich Filamente kreuzen, aber es wird angenommen, dass diese Filamente zwischen Galaxien enden und so genannte „Intracluster-Filamente“ bilden. Es wird erwartet, dass die dunkle Materie entlang dieser kosmischen Netzfilamente verläuft, die von diesen Intracluster-Filamenten herabhängen.
Eine Computersimulation von Galaxien, eingebettet in Gasfäden, die das kosmische Netz bilden. (Bildnachweis: Yannick Bahé)
Dunkle Materie als kosmisches Gerüst
Obwohl das kosmische Netz, die größte Struktur im Universum, seit Jahrzehnten bekannt ist, haben Astronomen das schwache Glühen seiner Gasfäden nur dann gesehen, wenn sie von hellen Regionen im Herzen von Galaxien beleuchtet wurden, die von supermassiven schwarzen Löchern gespeist werden. Diese aktiven schwarzen Löcher werden als Quasare bezeichnet.
Im vergangenen Jahr fing der Keck Cosmic Web Imager, ebenfalls auf Maunakea, das erste direkte Licht ein, das von hauchdünnen Netzfilamenten ausging, die sich gegenseitig überkreuzen und sich über die dunkelsten Ecken des Weltraums erstrecken. Diese Fäden befinden sich isoliert zwischen Galaxien, in den größten und verborgensten Teilen des kosmischen Netzes.
„Sehen“, wo sich die dunkle Materie um diese kosmischen Netzstränge herum befindet, ist jedoch eine ganz andere Geschichte.
Das liegt daran, dass die dunkle Materie, obwohl sie schätzungsweise 85 % der gesamten Materie im Universum ausmacht, unsichtbar ist, weil sie nicht mit dem Licht interagiert, wie die gewöhnliche Materie, aus der Sterne und Staub bestehen.
Die Dominanz der dunklen Materie über die alltägliche Materie bedeutet auch, dass sie die Fäden des kosmischen Netzes dominiert und ein unsichtbares Gerüst bildet, an dem sich die Struktur des Universums entlangzieht.
Auch wenn die dunkle Materie nicht mit dem Licht interagiert, so interagiert sie doch mit der Schwerkraft – und diese Interaktion wirkt sich auf die Bewegung der gewöhnlichen Materie und des Lichts aus, die wir sehen können.
Das Forschungsteam hat sich dieses Konzept zunutze gemacht, um dunkle Materie auf kosmischen Netzfäden zu entdecken, die sich durch den Coma-Haufen ziehen.
Ein Diagramm zeigt, wie das Licht einer Hintergrundquelle durch die Masse gekrümmt wird, wodurch ein Effekt entsteht, der Gravitationslinsenbildung genannt wird (Bildnachweis: NASA, ESA & L. Calçada)
Albert Einsteins allgemeine Relativitätstheorie aus dem Jahr 1915 besagt, dass Objekte mit Masse eine Krümmung der Raumzeit verursachen. Die Theorie erklärt, dass das, was wir als Schwerkraft wahrnehmen, aus dieser Krümmung resultiert. Wenn Licht von einer Hintergrundquelle diese Krümmung durchläuft, wird sein Weg außerdem abgelenkt.
Dies kann dazu führen, dass sich Hintergrundquellen am Himmel verschieben, verstärkt werden oder in einigen extremen Fällen sogar an mehreren Punkten desselben Bildes erscheinen. Dies wird als Gravitationslinsenbildung bezeichnet.
Mit Hilfe des Lichts von Galaxien und Sternen hinter dem Coma-Haufen und unterstützt durch die hohe Empfindlichkeit, die hohe Auflösung und das weite Sichtfeld der Hyper Suprime-Cam (HSC) des Subaru-Teleskops konnte das Team zum ersten Mal einen schwachen Linseneffekt der dunklen Materiekomponente von Filamenten innerhalb des Haufens nachweisen.
Dieser allererste Nachweis dunkler Materie auf Endsegmenten des kosmischen Netzes trägt dazu bei, die Existenz der großräumigen Struktur, die sich über das Universum ausbreitet, weiter zu bestätigen.
Die Ergebnisse des Teams wurden im Januar in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht.
